CN109856090B - 一种γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置和方法，所述装置包括：外壳；设置于外壳之内的光源发射器，用于发射检测光源；设置于外壳之内的光隔离器、模式匹配透镜、第一高反镜；开设于外壳上的第一可调光阑；设置于辐照区的由待测光学玻璃制成的道威棱镜；开设于外壳上的第二可调光阑；设置于外壳之内的第二高反镜、聚焦透镜；设置于外壳之内的光电探测器，用于接收通过聚焦透镜的透射光；驱动控制模块，驱动控制模块分别与光源发射器和光电探测器相连，用于为光源发射器和光电探测器提供驱动电流，并用于控制光源发射器的输出波长；采集处理模块，采集处理模块与光电探测器相连，用于采集并处理光电探测器接收到的透射光信号。

Description

一种γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置和方法

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置和一种γ辐射光学玻璃透射率在线测量方法。

背景技术

光学玻璃是空间光学系统中主要光学元件的基本材料，其透射率与系统性能存在必然联系。空间辐射环境会影响光学玻璃的吸收特性，从而改变其透射率。不同材质的光学玻璃受空间辐射影响的程度有所不同。为此，需要在空间光学系统研发期间，对光学玻璃进行γ射线辐照实验(模拟空间辐照环境)，用于评估及筛选用于空间光学系统的光学玻璃。

目前，γ射线辐照实验的过程主要为离线测量，将待测样品放在辐照区，在真空下进行辐照，在辐照后，将样品取出，使用光谱仪或分光光度计对样品透射率进行测量。由于光谱仪或分光光度计光源发出的光束在待测样品中的单次光程较短，样品对光束的吸收有限，使用这种方法进行透射率测量的测量精度有限。在这种吸收有限的情况，为了准确掌握光学玻璃受辐照影响的程度，需要增大辐照强度，增长辐照时间。这种大剂量长时间的γ射线辐照实验所需的实验成本、人力成本较高；并且离线测量难以满足科研人员对于实时准确掌握光学玻璃受γ射线辐照的变化情况的需求。

发明内容

本发明为解决目前γ射线辐照实验成本较高，且难以满足实验人员的需求的技术问题，提供了一种γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置和方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置，包括：外壳；设置于所述外壳之内的光源发射器，所述光源发射器用于发射检测光源；设置于所述外壳之内且沿所述检测光源的发射方向依次排布于发射光路上的光隔离器、模式匹配透镜、第一高反镜；开设于所述外壳上且位于所述发射光路上的第一可调光阑；设置于辐照区的由待测光学玻璃制成的道威棱镜；开设于所述外壳上且位于透射光路上的第二可调光阑；设置于所述外壳之内且沿透射光的透射方向依次排布于所述透射光路上的第二高反镜、聚焦透镜；设置于所述外壳之内的光电探测器，所述光电探测器用于接收通过所述聚焦透镜的透射光；驱动控制模块，所述驱动控制模块分别与所述光源发射器和所述光电探测器相连，所述驱动控制模块用于为所述光源发射器和所述光电探测器提供驱动电流，并用于控制所述光源发射器的输出波长；采集处理模块，所述采集处理模块与所述光电探测器相连，所述采集处理模块用于采集并处理所述光电探测器接收到的透射光信号。

所述光源发射器为可调激光器。

所述外壳与所述辐照区的间距可调。

在所述在线测量装置进行测量时，所述第一可调光阑和所述第二可调光阑的尺寸根据相应位置处的光斑尺寸进行调节。

在所述在线测量装置进行测量时，所述第一可调光阑和所述第二可调光阑的尺寸为相应位置处光斑尺寸的三倍。

一种基于上述γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置的γ辐射光学玻璃透射率在线测量方法，包括以下步骤：将所述由待测光学玻璃制成的道威棱镜放置于所述辐照区中央；开启所述在线测量装置，所述光源发射器、所述驱动控制模块和所述采集处理模块均启动；通过所述驱动控制模块调节所述光源发射器的输出波长至待测波长；调节所述第一可调光阑和所述第二可调光阑的尺寸至相应位置处光斑尺寸的三倍；通过所述光电探测器、所述驱动控制模块和所述采集处理模块的协调控制，获取未经γ辐射光学玻璃的衰减速率；开启γ辐射，通过所述光电探测器、所述驱动控制模块和所述采集处理模块的协调控制，获取经过γ辐射光学玻璃的衰减速率；根据所述未经γ辐射光学玻璃的衰减速率和所述经过γ辐射光学玻璃的衰减速率获取所述光学玻璃透射率受γ辐射的影响情况。

所述光电探测器、所述驱动控制模块和所述采集处理模块的协调控制，具体包括：所述光电探测器接收到透射光信号，当光强大于触发阈值时，向所述驱动控制模块反馈关断信号，所述驱动控制模块关闭所述光源发射器的驱动电流以使所述光源发射器停止输出检测光源；所述采集处理模块记录下激光输出停止后，由所述光电探测器接收到的透射光信号，该透射光信号呈单指数衰减曲线，形如y＝A×e^-kx+B，其中k为衰减速率，采用指数提取算法，得到未经γ辐射光学玻璃的衰减速率k₀或者经过γ辐射光学玻璃的衰减速率k₁。

受γ辐射影响下所述光学玻璃的透过率为：

T＝1－αL，

其中，α为吸收系数，

其中，n为所述道威棱镜对测量波长的折射率，L为所述道威棱镜梯形下底边长，c为光速。

本发明的有益效果：

本发明在大幅提高受辐照光学玻璃有效光程的基础上，能大幅缩短辐照实验所需的辐照时间，可实现光学玻璃辐照实验实时在线测量，从而不仅能够满足实验人员实时准确掌握光学玻璃受γ射线辐照的影响的需求，还能够降低实验成本。

附图说明

图1为本发明一个实施例的γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的γ辐射光学玻璃透射率在线测量方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例的γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置，包括：外壳1、光源发射器2、光隔离器3、模式匹配透镜4、第一高反镜5、第一可调光阑6、道威棱镜7、第二可调光阑8、第二高反镜9、聚焦透镜10、光电探测器11、驱动控制模块12和采集处理模块13。

其中，外壳1材质为抗γ辐射材料，例如铅，用于保护内部的光电器件。光源发射器2设置于外壳1之内，光源发射器2用于发射检测光源，其具体可为可调激光器，波长调节范围覆盖满足光学玻璃应用的透射光谱。光隔离器3、模式匹配透镜4、第一高反镜5设置于外壳1之内，且沿检测光源的发射方向依次排布于发射光路上，其中，光隔离器3用于抑制谐振腔对光源发射器2造成的光反馈，模式匹配透镜4用于对光源发射器2进行光束整形，实现其与谐振腔的模式匹配，第一高反镜5用作谐振腔腔镜，其平面镀减反膜，凹面镀高反膜，镀膜波段满足光学玻璃应用光谱。第一可调光阑6开设于外壳1上且位于发射光路上，第一可调光阑6用于通光和限制通光口径。道威棱镜7设置于辐照区14，由待测光学玻璃制成，其可利用全反射使光线180°转向，从而能够使检测光源经反射透射后的透射光与检测光源方向相反。第二可调光阑8开设于外壳上且位于透射光路上，第二可调光阑8用于通光和限制通光口径。第二高反镜9、聚焦透镜10设置于外壳1之内，且沿透射光的透射方向依次排布于透射光路上，其中，第二高反镜9用作谐振腔腔镜，其平面镀减反膜，凹面镀高反膜，镀膜波段满足光学玻璃应用光谱，聚焦透镜10用于将透射光束聚焦到光电探测器11。光电探测器11设置于外壳1之内，用于接收通过聚焦透镜10的透射光。驱动控制模块12分别与光源发射器2和光电探测器11相连，驱动控制模块12用于为光源发射器2和光电探测器11提供驱动电流，并用于控制光源发射器2的输出波长。采集处理模块13与光电探测器11相连，采集处理模块13用于采集并处理光电探测器11接收到的透射光信号。

在本发明的一个实施例中，由于测量装置在测量时所处环境为真空环境，外壳1与辐照区13的间距可调(图1中用双斜线表示距离可调)，在二者距离发生变化后，通过调节模式匹配透镜4再次实现模式匹配，不会影响测量结果。

在本发明的一个实施例中，在在线测量装置进行测量时，第一可调光阑6和第二可调光阑8的尺寸可根据相应位置处的光斑尺寸进行调节，具体地，第一可调光阑6和第二可调光阑8的尺寸约为相应位置处光斑尺寸的三倍。

对应上述实施例的γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置，本发明还提出一种γ辐射光学玻璃透射率在线测量方法。

如图2所示，本发明实施例的γ辐射光学玻璃透射率在线测量方法包括以下步骤：

S1，将由待测光学玻璃制成的道威棱镜放置于辐照区中央。在该步骤S1后封闭真空罐，为测量提供真空环境。

S2，开启在线测量装置，光源发射器、驱动控制模块和采集处理模块均启动。

S3，通过驱动控制模块调节光源发射器的输出波长至待测波长。

S4，调节第一可调光阑和第二可调光阑的尺寸至相应位置处光斑尺寸的三倍。

S5，通过光电探测器、驱动控制模块和采集处理模块的协调控制，获取未经γ辐射光学玻璃的衰减速率。

具体地，在步骤S4后，光电探测器接收到透射光信号，当光强大于触发阈值时，向驱动控制模块反馈关断信号，驱动控制模块关闭光源发射器的驱动电流以使光源发射器停止输出检测光源。进而采集处理模块记录下激光输出停止后，由光电探测器接收到的透射光信号，该透射光信号呈单指数衰减曲线，形如y＝A×e^-kx+B，其中k为衰减速率，采用指数提取算法，例如非线性最小二乘法，得到未经γ辐射光学玻璃的衰减速率k₀。

S6，开启γ辐射，通过光电探测器、驱动控制模块和采集处理模块的协调控制，获取经过γ辐射光学玻璃的衰减速率。

在开启γ辐射后，重新开启光源发射器的驱动电流。然后，同样地，光电探测器接收到透射光信号，当光强大于触发阈值时，向驱动控制模块反馈关断信号，驱动控制模块关闭光源发射器的驱动电流以使光源发射器停止输出检测光源。进而采集处理模块记录下激光输出停止后，由光电探测器接收到的透射光信号，该透射光信号呈单指数衰减曲线，形如y＝A×e^-kx+B，其中k为衰减速率，采用指数提取算法，例如非线性最小二乘法，得到经过γ辐射光学玻璃的衰减速率k₁。

S7，根据未经γ辐射光学玻璃的衰减速率和经过γ辐射光学玻璃的衰减速率获取光学玻璃透射率受γ辐射的影响情况。

具体地，受γ辐射影响下光学玻璃的透过率为：

T＝1－αL，

其中，α为吸收系数，

其中，n为道威棱镜对测量波长的折射率，L为道威棱镜梯形下底边长，c为光速。

根据本发明实施例的γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置和方法，在大幅提高受辐照光学玻璃有效光程的基础上，能大幅缩短辐照实验所需的辐照时间，可实现光学玻璃辐照实验实时在线测量，从而不仅能够满足实验人员实时准确掌握光学玻璃受γ射线辐照的影响的需求，还能够降低实验成本。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置，其特征在于，包括：

外壳；

设置于所述外壳之内的光源发射器，所述光源发射器用于发射检测光源；

设置于所述外壳之内且沿所述检测光源的发射方向依次排布于发射光路上的光隔离器、模式匹配透镜、第一高反镜；

开设于所述外壳上且位于所述发射光路上的第一可调光阑；

设置于辐照区的由待测光学玻璃制成的道威棱镜；

开设于所述外壳上且位于透射光路上的第二可调光阑；

设置于所述外壳之内且沿透射光的透射方向依次排布于所述透射光路上的第二高反镜、聚焦透镜；

设置于所述外壳之内的光电探测器，所述光电探测器用于接收通过所述聚焦透镜的透射光；

驱动控制模块，所述驱动控制模块分别与所述光源发射器和所述光电探测器相连，所述驱动控制模块用于为所述光源发射器和所述光电探测器提供驱动电流，并用于控制所述光源发射器的输出波长；

采集处理模块，所述采集处理模块与所述光电探测器相连，所述采集处理模块用于采集并处理所述光电探测器接收到的透射光信号。

2.根据权利要求1所述的γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置，其特征在于，所述光源发射器为可调激光器。

3.根据权利要求1所述的γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置，其特征在于，所述外壳与所述辐照区的间距可调。

4.根据权利要求1所述的γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置，其特征在于，在所述在线测量装置进行测量时，所述第一可调光阑的尺寸根据所述第一可调光阑位置处的光斑尺寸进行调节，所述第二可调光阑的尺寸根据所述第二可调光阑位置处的光斑尺寸进行调节。

5.根据权利要求1所述的γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置，其特征在于，在所述在线测量装置进行测量时，所述第一可调光阑的尺寸为所述第一可调光阑位置处的光斑尺寸的三倍，所述第二可调光阑的尺寸为所述第二可调光阑位置处光斑尺寸的三倍。

6.一种基于权利要求1-5中任一项所述的γ辐射光学玻璃透射率在线测量装置的γ辐射光学玻璃透射率在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述由待测光学玻璃制成的道威棱镜放置于所述辐照区中央；

开启所述在线测量装置，所述光源发射器、所述驱动控制模块和所述采集处理模块均启动；

通过所述驱动控制模块调节所述光源发射器的输出波长至待测波长；

调节所述第一可调光阑的尺寸至所述第一可调光阑位置处的光斑尺寸的三倍，调节所述第二可调光阑的尺寸至所述第二可调光阑位置处光斑尺寸的三倍；

通过所述光电探测器、所述驱动控制模块和所述采集处理模块的协调控制，获取未经γ辐射光学玻璃的衰减速率；

开启γ辐射，通过所述光电探测器、所述驱动控制模块和所述采集处理模块的协调控制，获取经过γ辐射光学玻璃的衰减速率；

根据所述未经γ辐射光学玻璃的衰减速率和所述经过γ辐射光学玻璃的衰减速率获取所述光学玻璃透射率受γ辐射的影响情况。

7.根据权利要求6所述的γ辐射光学玻璃透射率在线测量方法，其特征在于，所述光电探测器、所述驱动控制模块和所述采集处理模块的协调控制，具体包括：

所述光电探测器接收到透射光信号，当光强大于触发阈值时，向所述驱动控制模块反馈关断信号，所述驱动控制模块关闭所述光源发射器的驱动电流以使所述光源发射器停止输出检测光源；

所述采集处理模块记录下激光输出停止后，由所述光电探测器接收到的透射光信号，该透射光信号呈单指数衰减曲线，形如y＝A×e^-kx+B，其中k为衰减速率，采用指数提取算法，得到未经γ辐射光学玻璃的衰减速率k₀或者经过γ辐射光学玻璃的衰减速率k₁。

8.根据权利要求7所述的γ辐射光学玻璃透射率在线测量方法，其特征在于，受γ辐射影响下所述光学玻璃的透过率为：

T＝1－αL，

其中，α为吸收系数，

其中，n为所述道威棱镜对测量波长的折射率，L为所述道威棱镜梯形下底边长，c为光速。

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